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关于电路设计的新手入门学习导读(下)

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eefishing 发布时间:2020-2-7 00:35
下面会涉及一些理论知识,但是依然非常浅显易懂,如果你不懂,嘿嘿,得检查一下自己的基础了。2 X/ q) K2 B# g7 g4 K

4 \+ j5 ?& M$ K) H1 ^0 A$ w一、线性稳压电源的工作原理
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如图是线性稳压电源内部结构的简单示意图。我们的目的是从高电压 Vs 得到低电压 Vo。在图中,Vo 经过两个分压电阻分压得到 V+,V+被送入放大器(我们把这个放大器叫做误差放大器)的正端,而放大器的负端 Vref 是电源内部的参考电平(这个参考电平是恒定的)。放大器的输出 Va 连接到 MOSFET 的栅极来控制 MOSFET 的阻抗。Va 变大时,MOSFET 的阻抗变大;Va 变小时,MOSFET 的阻抗变小。MOSFET 上的压降将是 Vs-Vo。9 L8 c' R4 `9 _! [- J  U
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现在我们来看 Vo 是怎么稳定的,假设 Vo 变小,那么 V+将变小,放大器的输出 Va 也将变小,这将导致 MOSFET 的阻抗变小,这样经过同样的电流,MOSFET 的压差将变小,于是将 Vo 上抬来抑制 Vo 的变小。同理,Vo 变大,V+变大,Va 变大,MOSFET 的阻抗变大,经过同样的电流,MOSFET 的压差变大,于是抑制 Vo 变大。% A3 Q3 O0 H- d+ o2 Y
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二、开关电源的工作原理

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如上图,为了从高电压 Vs 得到 Vo,开关电源采用了用一定占空比的方波 Vg1,Vg2 推动上下 MOS 管,Vg1 和 Vg2 是反相的,Vg1 为高,Vg2 为低;上 MOS 管打开时,下 MOS 管关闭;下 MOS 管打开时,上 MOS 管关闭。由此在 L 左端形成了一定占空比的方波电压,电感 L 和电容 C 我们可以看作是低通滤波器,因此方波电压经过滤波后就得到了滤波后的稳定电压 Vo。Vo 经过 R1、R2 分压后送入第一个放大器(误差放大器)的负端 V+,误差放大器的输出 Va 做为第二个放大器(PWM 放大器)的正端,PWM 放大器的输出 Vpwm 是一个有一定占空比的方波,经过门逻辑电路处理得到两个反相的方波 Vg1、Vg2 来控制 MOSFET 的开关。
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误差放大器的正端 Vref 是一恒定的电压,而 PWM 放大器的负端 Vt 是一个三角波信号,一旦 Va 比三角波大时,Vpwm 为高;Va 比三角波小时,Vpwm 为低,因此 Va 与三角波的关系,决定了方波信号 Vpwm 的占空比;Va 高,占空比就低,Va 低,占空比就高。经过处理,Vg1 与 Vpwm 同相,Vg2 与 Vpwm 反相;最终 L 左端的方波电压 Vp 与 Vg1 相同。如下图
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( U$ H; J( ?( q当 Vo 上升时,V+将上升,Va 下降,Vpwm 占空比下降,经过们逻辑之后,Vg1 的占空比下降,Vg2 的占空比上升,Vp 占空比下降,这又导致 Vo 降低,于是 Vo 的上升将被抑制。反之亦然。
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三、线性稳压电源和开关电源的比较 - W# x" u% l% g- D: G  d9 ~# F/ ^
懂得了线性稳压电源和开关电源的工作原理之后,我们就可以明白为什么线性稳压电源有较小的噪声,较快的瞬态响应,但是效率差;而开关电源噪声较大,瞬态响应较慢,但效率高了。
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线性稳压电源内部结构简单,反馈环路短,因此噪声小,而且瞬态响应快(当输出电压变化时,补偿快)。但是因为输入和输出的压差全部落在了 MOSFET 上,所以它的效率低。因此,线性稳压一般用在小电流,对电压精度要求高的应用上。2 s1 X1 |9 S/ {2 J6 n) c
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而开关电源,内部结构复杂,影响输出电压噪声性能的因数很多,且其反馈环路长,因此其噪声性能低于线性稳压电源,且瞬态响应慢。但是根据开关电源的结构,MOSFET 处于完全开和完全关两种状态,除了驱动 MOSFET,和 MOSFET 自己内阻消耗的能量之外,其他能量被全部用在了输出(理论上 L、C 是不耗能量的,尽管实际并非如此,但这些消耗的能量很小)。! L( J: n5 j9 {* u" l1 J/ }2 k
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总而言之,要学好硬件电路设计,首先要弄清楚项目需求,根据功能设计硬件框架,结合参考设计,多借鉴别人的设计成果,复用到自己的硬件项目上面来。
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收藏 1 评论0 发布时间:2020-2-7 00:35

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